開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仿真分析
李玉巍1 全星慧2
(1大唐長(zhǎng)山熱電廠，吉林松原131109; 2大慶石油學(xué)院，黑龍江大慶163318)
摘要：在開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)非線性動(dòng)態(tài)模型基礎(chǔ)上，利用matlah／simulink軟件建立了開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型，分別在電流斬波控制和角度位置控制兩種控制方式下進(jìn)行了開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真，得到了相電感、電流、轉(zhuǎn)矩和開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的合成轉(zhuǎn)矩，仿真結(jié)果反映了開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的實(shí)際工作狀況。
關(guān)鍵詞：開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)；仿真；matlab/simulink
中圖分類號(hào)：tm352 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)：1004-7018(2009)11-0023-03
0引 言
開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱srd、集sr電動(dòng)機(jī)與現(xiàn)代電力電子技術(shù)、控制技術(shù)為一體，兼有異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)和直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。sr電動(dòng)機(jī)的雙凸極結(jié)構(gòu)以及非線性開關(guān)電源供電等特點(diǎn)，使得開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行都與傳統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)明顯不同[1]。
由于sr電動(dòng)機(jī)本身是一個(gè)多可控量、強(qiáng)耦合的非線性系統(tǒng)，為了準(zhǔn)確研究srd的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，在sr電動(dòng)機(jī)非線性數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，對(duì)srd進(jìn)行整體仿真是一個(gè)非常有效的手段。
matlab中的simulink是建立仿真模型的理想環(huán)境，它直觀、便捷、準(zhǔn)確，而且matlab的工具箱為我們實(shí)現(xiàn)多種控制策略提供了可能。另外，使用matlab中的各種分析工具，還可以對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析和可視化，研究效率提高[2]。
1 sr電動(dòng)機(jī)非線性模型
sr電動(dòng)機(jī)由于其雙凸極結(jié)構(gòu)、磁路和電路的非線性、開關(guān)性等特點(diǎn)，定子繞組電流和磁通波形極不規(guī)則。但是sr電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的理論與任何電磁式機(jī)電裝置運(yùn)行理論本質(zhì)上沒有區(qū)別，這種機(jī)電系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程主要由電路方程、機(jī)械方程、機(jī)電聯(lián)系方程三部分組成。sr電動(dòng)機(jī)第k相電壓平衡方程式為：
式中：uk為加于第k相繞組的電壓；rk為第k相繞組的電阻；ik為第k相繞組的電流；ψk為第k相繞組的磁鏈。一般說來，電動(dòng)機(jī)的磁鏈可用電感和電流的乘積來表示，即：
sr電動(dòng)機(jī)相電感的非線性是由繞組電流和轉(zhuǎn)子位置角的非線性決定的。利用傅里葉級(jí)數(shù)分解式，忽略高次諧波，得出相繞組電感為：
式中：lmax為sr電動(dòng)機(jī)****電感；lmin為sr電動(dòng)機(jī)最小電感。lmax,lmin容易由試驗(yàn)得到其隨相電流變化的數(shù)據(jù)，只要經(jīng)過有限的試驗(yàn)次數(shù)就可以建立sr電動(dòng)機(jī)的非線性模型。lmin可認(rèn)為保持不變，lmax(i)可用多項(xiàng)式級(jí)數(shù)來近似表達(dá)其和相電流的函數(shù)關(guān)系，即：
考慮到matlab下的運(yùn)行情況，在誤差允許的范圍內(nèi)取n=3較好。
sr電動(dòng)機(jī)相繞組產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為：
式中，k取1、2、3、4分別對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)的a、b、c、d四個(gè)相。
2 srd的simulink仿真
利用sr電動(dòng)機(jī)非線性模型，在matlab／simulink環(huán)境中建立srd動(dòng)態(tài)仿真模型，如圖1所示。sr電動(dòng)機(jī)為四相8／6結(jié)構(gòu)，功率變換電路為不對(duì)稱半橋結(jié)構(gòu)，模型采用速度和電流雙閉環(huán)控制方式。
圖中給定值為參考電流，而subsystem、subsysteml、subsystem2和subsystem3代表sr電動(dòng)機(jī)的a、b、c和，d四相。通過subsystem、subsysteml、subsystem2和subsystem3可分別得到各相的相電感、相電流和轉(zhuǎn)矩，通過四相轉(zhuǎn)矩的求和，就可以計(jì)算出sr電動(dòng)機(jī)的總轉(zhuǎn)矩。
對(duì)sr電動(dòng)機(jī)的控制采取在基速以下電流斬波控制，基速以上角度位置控制。
2.1電流斬波控制下的srd動(dòng)態(tài)仿真
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